Suchý, či mokrý způsob odlučování prachu?

Suchý, či mokrý způsob odlučování prachu?

Volba správného zařízení pro manipulaci s hořlavým prachem.

 Exploze hořlavého prachu představuje riziko prakticky v jakémkoli zařízení pro průmyslovou výrobu. Materiály, které jsou hořlavé ve formě pevné látky, budou pravděpodobně znamenat nebezpečí náhlého vznícení nebo exploze, i když jsou rozděleny na jemné částice prostřednictvím různých výrobních a redukčních procesů. Tyto procesy zahrnují, ale nejsou omezeny pouze na činnosti, jako je obrábění, řezání, broušení, leštění, čištění, kartáčování, vrtání, řezání a abrazivní tryskání. Za materiály, jež mohou explodovat ve formě prachu, pokládáme většinu organických látek a mnoho kovů, které mají tendenci mít extrémní hořlavé a výbušné vlastnosti.

Jakýkoli proces produkující polétavý prach musí být rovněž řízen takovým způsobem, aby bylo minimalizováno ohrožení zdraví. Agentura pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (OSHA) zavedla minimální osobní přípustné expoziční limity (PEL). Jedná se o celosměnné, časově vážené průměry koncentrací plynů, par nebo aerosolů v pracovním ovzduší, jimž mohou být podle současného stavu vědomostí a znalostí vystaveni zaměstnanci po zákonem stanovenou pracovní dobu, aniž by u nich došlo i při celoživotním pracovním působení k poškození zdravotního stavu, k ohrožení jejich pracovní schopnosti a pracovní výkonnosti. 

Z tohoto důvodu musejí provozní inženýři v praxi hledat nejlepší systémy odlučování prachu, aby byl s maximální účinností zachycen prach vznikající během procesu a zároveň bylo možno ovládat a řídit rizika spojená s tímto prachem co nejbezpečnějším, ale přesto rovněž nákladově co nejefektivnějším způsobem. Pro tyto situace jsou používány dva základní typy systémů odlučování prachu: 

  1. Suché mechanické odlučovače

Americká národní agentura pro požární ochranu (NFPA) definuje suché odlučovače jako cyklónové odlučovače a filtrové odlučovače, včetně tkaninových modulárních odlučovačů a patronových odlučovačů. Tento článek se zaměřuje na odlučovače, které používají vysoce účinné filtrační vložky pro zachycení průmyslového prachu. Prachem zatížený vzduch typicky vstupuje do kolektoru přes vestavbu přepážek a shromažďuje se na filtračním médiu. Periodické výbuchy stlačeného vzduchu uvolňují prach z filtrů do násypky, z nichž musí být prach pravidelně odstraňován.

Odlučovače prachu s patronovými filtry jsou v nabídce současně se širokým výběrem primárních filtračních materiálů, které dosahují velmi vysoké účinnosti, co se týče jemných částic. Speciální filtrační materiály dodávají přídavné vlastnosti, jako je požární odolnost, statická vodivost a odolnost vůči adhezním materiálům. V situacích, kdy mají materiály dle OSHA velmi nízké přípustné expoziční limity (PEL), lze do systému přidat HEPA sekundární filtry, aby bylo dosaženo požadované čistoty vzduchu v daných prostorách. To je důležité zvláště v případech, kdy se odsávaný vzduch vrací zpět do podniku. 

  1. Mokré mechanické odlučovače

„Mokré“ odlučovače prachu, nazývané rovněž mokré pračky, filtrují prach pomocí střetů s kapičkami vody. Čím menší jsou kapičky vody, tím účinnější je mokrý odlučovač. V praxi se můžeme setkat s různými formami zachycování prachu, např. sprchové věže, mokré vírové odlučovače/cyklóny, proudové odlučovače neboli Venturiho odlučovače, mokré rotační odlučovače atd. Po zachycení padají voda a prach do usazovací nádrže, kde dojde k jejich oddělení buď pomocí gravitace, anebo je prach sbírán z povrchu.

Venturiho mokrý odlučovač obvykle využívá konstrukčního řešení ve formě Venturiho trubice a rozprašovací trysky na vstupu, která urychluje proud vody a přispívá ke vzniku jemné mlhy. Čím vyšší je rychlost, tím účinnější je daný odlučovač.  Když k tomu dojde, pokles tlaku v systému se také výrazně zvyšuje. Během provozování zařízení je nutné udržovat projektované proudění vzduchu, jinak dochází k poklesu účinnosti filtrace.

Cyklónové nebo odstředivé odlučovače využívají celou řadu technik, jak je uvedeno výše. Snímek vlevo ukazuje průřez mokrého cyklónového odlučovače s integrovaným ventilátorem.

Účinnost filtrace mokrého odlučovače závisí na řadě faktorů, avšak nejdůležitějším je velikost částic shromažďovaného prachu. Pokud jsou částice menší než 10 mikrometrů, mělo by být použito Venturiho odlučovače. Vyšší rychlosti proudění přes Venturiho trubici vytvářejí jemnější mlhu, která pomáhá zachytit menší částice, ale také zvyšují energetické požadavky vzhledem k vysokým rychlostem při průchodu Venturiho trubicí. Pokud je velikost částic větší než 10 mikrometrů, cyklónový odlučovač výrazně ušetří náklady na energii.

Udržování čistého nebo recyklovaného přívodu vody je u odlučovačů velmi důležitým faktorem. Koncentrace prachových částic v propírací kapalině musí být udržována na hodnotě nižší než 5 %, aby bylo možné udržet provozní účinnost. V případě hořlavých kovů je přípustné nahromaděné množství ve vypouštěcích nádržích definováno předpisem NFPA 484: Norma pro hořlavé kovy. 

Rozhodování mezi mokrými a suchými systémy

Důležitou výhodou mokrých odlučovačů je ta skutečnost, že když jsou hořlavé prachové částice zachyceny prací kapalinou, je jim znemožněn kontakt s kyslíkem, a proto jsme schopni ovládat rizika spojená s hořlavým prachem. Nicméně velké množství kovových prachů reaguje s vodou a jinými kovy, čímž může docházet k produkci plynného vodíku. Tyto faktory je zapotřebí vzít v úvahu již před samotným výběrem mokrého odlučovače. Mnoho druhů prachu lze rovněž považovat za nebezpečné a likvidace mokrých materiálů může být nákladnější než likvidace suchých materiálů, neboť zde existují přísné předpisy.

Suché mechanické odlučovače jsou neodmyslitelně vystaveny vyššímu riziku exploze hořlavého prachu. Výsledkem je, že vyžadují více dodatečných ochranných prostředků proti explozi, jelikož musejí být splněny normy NFPA a omezena příslušná rizika. Suché odlučovače lze obvykle škálovat až po skutečně velké průtoky vzduchu a objemy prachu, zatímco mokré odlučovače by pro zpracování většího proudění vzduchu vyžadovaly více systémů. Velké objemy prachu u mokrých odlučovačů rovněž znamenají větší spotřebu vody a náročnější je i celkové zpracování. Tabulka 1 poskytuje obecné srovnání mokrých a suchých odlučovačů prachu.

Někdy není volba mezi mokrým a suchým systémem odlučování zcela jednoznačná. Testování prachu je prvním krokem v procesu rozhodování. Doporučují se dva typy testů: 1) laboratorní testování, jež přesně stanoví fyzikální vlastnosti prachu, které ovlivňují účinnost a výkon filtru; 2) zkouška výbušnosti, jež určí hořlavé a výbušné vlastnosti prachu. Zkouška výbušnosti má zásadní význam pro stanovení nejlepšího typu systému odlučování prachu (mokrý nebo suchý) pro danou aplikaci, stejně jako pro ochranu proti explozi nebo pro použití ochranného zařízení v rámci problematiky odlučovačů prachu a souvisejících komponent. 

NFPA 484

Při výběru zařízení u aplikací, kde hrozí riziko exploze kovového prachu, se řídíme normou NFPA 484, která je pro mokré odlučovače hlavním prováděcím předpisem. Vztahuje se na všechny kovy a slitiny ve formě schopné hoření nebo exploze a popisuje postupy pro určení, zda je daný kov v hořlavé nebo nehořlavé formě. To platí i pro zpracovací či dokončovací operace, v rámci nichž dochází ke tvorbě hořlavého kovového prášku nebo prachu.

Ačkoli norma NFPA 484 se specificky zaměřuje na kovy, některé části jejího obsahu můžeme a měli bychom vztahovat i na nekovový hořlavý (tj. organický) prach. Zde jsou uvedeny některé klíčové body, které je v rámci této problematiky nutno zvážit. 

Analýza rizik

Analýza rizik procesu a hodnocení rizik patří mezi nástroje používané pro zlepšení úrovně bezpečnosti prostřednictvím identifikace rizik, jako je např. náhlé vznícení hořlavého prachu, požár a nebezpečí exploze. Analýza by měla začít během konstrukční fáze projektu a sledovat daný proces až do konce jeho existence, včetně pravidelně prováděných revizí a modernizací.

NFPA 652: Norma stanovující základní informace ohledně hořlavého prachu je novou normou vydanou v říjnu 2015. Nyní představuje výchozí bod pro definování hořlavého prachu a souvisejících rizik. Jejím cílem je objasnit vztah mezi společně používanými normami a oborově specifickými normami, jako je NFPA 484 pro kovy, NFPA 664 pro dřevo, NFPA 655 pro síru a NFPA 61 pro zpracování potravin. NFPA 652 zavádí nový termín „analýza rizikovosti prachu“ pro odlišení této analýzy od mnohem složitější analýzy rizikovosti procesu požadované agenturou OSHA pro chemický průmysl.

Komise NFPA si byla vědoma široce rozšířeného nepochopení rizik v souvislosti s hořlavým prachem v průmyslu a určila, že je zapotřebí, aby vznikla nová norma, která se na danou problematiku zaměří. Většina informací/požadavků uvedených v normě NFPA 652 je přenesena z jiných norem, takže uživatelé by neměli být překvapeni jejím obsahem.

Do normy však byl zahrnut jeden nový požadavek, který bude mít vliv na každé odvětví, v němž hrozí rizika související s hořlavým prachem. U stávajících procesů, v rámci nichž dochází k manipulaci s hořlavými prachy, je majitel/provozovatel povinen naplánovat a provést analýzu rizikovosti prachu u stávajících podnikových procesů ve lhůtě tří let ode dne nabytí účinnosti této normy. Datum nabytí účinnosti této normy je říjen 2015. V současné době sestavuje agentura OSHA jmenný seznam společností a podniků, které dosud nemají provedenu analýzu rizikovosti, a díky zavedení této nové normy bude mít silnější páky pro vymáhání předepsaných dokumentů.

Typ odlučovače prachu, ochrana proti explozi a nezbytná izolace potrubí se budou u každé aplikace lišit s tím, že je nutno provádět analýzu rizikovosti prachu za účelem stanovení systémových požadavků. Vzhledem k významu a složitosti problematiky hořlavého prachu by potřebné posouzení mělo být provedeno nezávislým odborným technikem nebo interním technikem znalým procesu s podporou ze strany dodavatelů odlučovačů prachu a příslušenství.

NFPA 484, kapitola 9: Kromě provádění analýzy rizik obsahuje norma NFPA 484 v kapitole 9 několik obecných ustanovení, která platí, ať už používáte suchý nebo mokrý systém odlučování prachu. Tabulka 2 shrnuje ustanovení této normy. Tyto požadavky dávají smysl v rámci jakékoli aplikace hořlavého prachu.

Mokré odlučovače prachu: Norma NFPA 484 specifikuje požadavky na mokré odlučovače prachu, v rámci nichž dochází k manipulaci s hořlavými kovovými prachy a které jsou shrnuty v tabulce 3 této normy. Hlavní rozdíl mezi kovy a organickými hořlavými prachy je reaktivita s vodou. Odvzdušnění čerpací jímky je rozhodující pro náležitou regulaci nahromaděných hořlavých plynů během odlučování hořlavých kovů.

Suché odlučovače prachu: Norma NFPA 484 rozlišuje tři sekce suchých odlučovačů, jejich shrnutí je k dispozici v tabulkách 4 až 6 dané normy. Každá tabulka obsahuje požadavky na kovové prachy a identifikuje ty požadavky, které se vztahují na nekovy a jsou doporučeny samotnými autory. Tabulka 4 shrnuje společné požadavky na všechny typy suchých odlučovačů prachu dle normy NFPA 484, včetně cyklónů. Tabulka 5 shrnuje dodatečné požadavky pouze pro suché odlučovače prachu. Tabulka 6 sumarizuje požadavky na umístění suchých odlučovačů prachu v rámci továrny.

John Dauber je produktový manažer ve společnosti Handte USA; John Davidson je regionální manažer pro oblast Mid-South a Mike Walters je senior inženýr ve společnosti Camfil Air Pollution Control. Mike Walters je rovněž ředitel výboru NFPA, jenž má na starost manipulaci a přepravu prachu, par a plynů.

Řízení a údržba průmyslového podniku

Časopis Řízení a údržba průmyslového podniku již přes 10 let patří mezi neodmyslitelný zdroj informací v oblasti průmyslové údržby a diagnostiky. Část obsahu je z pera licenčních autorů Plant Engineering z USA.

www.udrzbapodniku.cz